Εργαλεία Εκτίµησης του Πληµµυρικού Κινδύνου µετά από Πυρκαγιά

Εργαλεία Εκτίµησης του Πληµµυρικού Κινδύνου µετά από Πυρκαγιά Αντιπληµµυρικός Σχεδιασµός / ιαχείριση Κινδύνου Πληµµυρών:Υφιστάµενη Κατάσταση - Νέα εδοµένα Επιστηµονική Ηµερίδα, Τεχνικό Επιµελητήριο Ελλάδας 5 εκεµβρίου 2007, Αθήνα Ι.. Καραβοκύρης,. Ζαρρής, B. Todorovic & Χρ. Καραβίτης Γ. ΚΑΡΑΒΟΚΥΡΗΣ & ΣΥΝΕΡΓΑΤΕΣ ΣΥΜΒΟΥΛΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΑΕ Καλλιστράτου 89,, 15771, Αθήνα E-mail: central@gk-consultants.gr consultants.gr http://www.gk-consultants.gr consultants.gr/

Το ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραµµα AutoHazard Pro (www. www. autohazard.org) Σύστηµα Λήψης Αποφάσεων (DSS) για τη διαχείριση πυρκαγιών σε πραγµατικό χρόνο (π.χ. αυτόµατη ανίχνευση πυρκαγιάς, πρόγνωση µετεωρολογικών συνθηκών, βέλτιστη χρήση πυροσβεστικών µέσων) αλλά και για την εκτίµηση πληµµυρικού κινδύνου. ιάρκεια εκπόνησης: 2002-2004 ΦΟΡΕΙΣ ΕΚΠΟΝΗΣΗΣ ΤΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Πανεπιστήµιο Αιγαίου Τµήµα Γεωγραφίας (Συντονιστής) Γ. Καραβοκύρης & Συνεργάτες ΑΕ (Εκτίµηση Πληµµυρικού Κινδύνου) TECNOMA S.A & University Carlos III Madrid (Ισπανία) TNO (Ολλανδία) Doxiadis Geoimaging (ΕΛΛΑΣ) Πανεπιστήµιο Αθηνών Τµήµα Φυσικής

Το ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραµµα AutoHazard Pro (www. autohazard.org)

Εισαγωγή Επιπτώσεις των πυρκαγιών στις πληµµυρικές απορροές Καταστροφή του προστατευτικού καλύµµατος της βλάστησης και εποµένως µείωση της κατακράτησης και των υδρολογικών απωλειών Ανάπτυξη υδρόφοβου εδαφικού στρώµατος, σχεδόν αδιαπέρατου, µε πολύ µικρή διηθητική ικανότητα Μετρήσεις σε παγκόσµια κλίµακα δείχνουν σηµαντική αύξηση των πληµµυρικών απορροών (από 50 έως και 500%), ανάλογα την ένταση της πυρκαγιάς και τη σύσταση του εδάφους, οι οποίες µειώνονται µε την ανάπτυξη νέας βλάστησης

Εισαγωγή Επιπτώσεις των πυρκαγιών στη διάβρωση του εδάφους Καταστροφή του προστατευτικού καλύµµατος της βλάστησης και εποµένως αύξηση της διαβρωτικής ικανότητας της βροχόπτωσης Οι υψηλές θερµοκρασίες που αναπτύσσονται καταστρέφουν την οργανική ύλη και αποσυνδέουν τα εδαφικά συσσωµατώµατα µε αποτέλεσµα να είναι εύκολα διαβρώσιµα Μετρήσεις σε παγκόσµια κλίµακα δείχνουν σηµαντική αύξηση της διάβρωσης έως και 1000% για τις πρώτες καταιγίδες µετά την πυρκαγιά

Αντικειµενικός σκοπός του ερευνητικού έργου ιερεύνηση µεθοδολογίας για την αξιολόγηση του πληµµυρικού κινδύνου και των συνθηκών διάβρωσης µετά την πυρκαγιά Επιλογή πλατφόρµας και ανάπτυξη εργαλείων για την εφαρµογή της παραπάνω µεθοδολογίας Ανάπτυξη απλοποιηµένου µοντέλου για την αξιολόγηση του κινδύνου πληµµύρας σε πραγµατικό χρόνο Πιλοτική εφαρµογή

είκτες πληµµυρικής επικινδυνότητας και διάβρωσης εδάφους ΙΑΒΡΩΣΗ Ε ΑΦΟΥΣ Ο συντελεστής διαβρωσιµότητας του εδάφους και ο συντελεστής φυτοκάλυψης της Παγκόσµιας Εξίσωσης Εδαφικής Απώλειας που δείχνουν τη διαβρωσιµότητα των εδαφικών σχηµατισµών λόγω της υφής του εδάφους και της επίδρασης του προστατευτικού καλύµµατος της βλάστησης

Παγκόσµια Εξίσωση Εδαφικής Απώλειας (ΠΕΕΑ) Universal Soil Loss Equation (USLE) Μια απλή εµπειρική, στατιστική ανάλυση συσχέτισης της εδαφικής απώλειας µετρηµένης σε πειραµατικές λεκάνες µε φυσιογραφικές παραµέτρους σε µια απλή πολλαπλασιαστική σχέση. Αναπτύχθηκε και ισχύει προπαντός για τις ΗΠΑ (Wischmeier W.H. and D.D. Smith, Predicting rainfall erosion losses, A guide to conservation planning, Agriculture Handbook 537, USDA, 1978). Χρησιµοποιείται ευρύτατα ακόµη και σήµερα σε παγκόσµια κλίµακα.

Παγκόσµια Εξίσωση Εδαφικής Απώλειας (συν.) A = R * K * LS * C * P R,, ο συντελεστής διαβρωτικότητας της βροχόπτωσης (rainfall( erosivity factor), K, ο συντελεστής διαβρωσιµότητας του εδάφους (soil erodibility factor), LS, ο τοπογραφικός συντελεστής, L το µήκος κλιτύος (slope length) και S η κλίση κλιτύος (the slope gradient), C, ο συντελεστής φυτοκάλυψης (cover and management factor), και P,, ο συντελεστής διαχείρισης εδαφών κατά της διάβρωσης (support practice factor)

Πρόσφατες εφαρµογές της ΠΕΕΑ στον Ελληνικό και διεθνή χώρο Εκτίµηση διακινδύνευσης εδαφικής διάβρωσης στην Ιταλία (van der Knijff et al., 2000), European Soil Bureau και Joint Research Centre Εθνικό πρόγραµµα εκτίµησης της εδαφικής διάβρωσης στην Αυστραλία (Water( Water-borne Soil Erosion Assessment in Australia) Εθνικά ερευνητικά προγράµµατα, όπως π.χ. «ιερεύνηση των αποθέσεων φερτών υλικών σε υδροηλεκτρικούς ταµιευτήρες» Ερευνητικό Πρόγραµµα, Τοµέας Υδατικών Πόρων ΕΜΠ, ΕΗ και ΓΓΕΤ

είκτες επικινδυνότητας εδαφικής διάβρωσης Ο συντελεστής διαβρωσιµότηταςκτου εδάφους αυξάνεται µε τη θερµοκρασία στο έδαφος κατά τη διάρκεια της πυρκαγιάς λόγω της αποδόµησης των εδαφικών συσσωµατωµάτων Πριν Αµέσως µετά Μετά 3 µήνες Μετά 9 µήνες Μετά 1 έτος Μετά 1.5 έτη Ελαφρώς καµένες περιοχές 0.001 0.3 0.1 0.035 0.02 0.001 Έντονα καµένες περιοχές 0.001 0.98 0.80 0.69 0.65 0.68

είκτες επικινδυνότητας εδαφικής διάβρωσης (συν.) Ο συντελεστής φυτοκάλυψης C αυξάνεται µε τη µείωση της βλάστησης λόγω της καταστροφής της από την πυρκαγιά Χούµος % 0 10 20 40 60 80 NC 0.25 0.23 0.19 0.14 0.08 0.04 Άριστες WC 0.10 0.10 0.10 0.09 0.06 0.04 NC 0.26 0.24 0.19 0.14 0.09 0.05 Καλές WC 0.10 0.10 0.10 0.09 0.07 0.04 NC: µηδενική βλάστηση, WC: 75% φυτοκάλυψη Εδαφικές συνθήκες και φυτοκάλυψη Μέτριες NC 0.31 0.26 0.21 0.15 0.10 0.05 WC 0.12 0.11 0.11 0.09 0.08 0.04 NC 0.45 0.36 0.27 0.17 0.11 0.06 Κακές WC 0.17 0.14 0.16 0.11 0.08 0.05

Πιλοτική εφαρµογή στη Σάµο Υδρολογική λεκάνη π. Ιµβρεσού

Εκτίµηση εδαφικής διάβρωσης µε χρήση GIS

Εκτίµηση εδαφικής διάβρωσης µε χρήση GIS

Εκτίµηση εδαφικής διάβρωσης µε χρήση GIS

Εκτίµηση εδαφικής διάβρωσης µε χρήση GIS

είκτες πληµµυρικής επικινδυνότητας και διάβρωσης εδάφους ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΗ ΕΠΙΚΙΝ ΥΝΟΤΗΤΑ Ο αριθµός καµπύλης απορροής (runoff curve number) που δείχνει την κατάσταση του εδάφους σε σχέση µε την απορροή Η µεταβολή της κρίσιµης περιόδου επαναφοράς της µέσης έντασης της βροχόπτωσης που δείχνει τη συχνότητα εµφάνισης µιας δεδοµένης καταιγίδας και εποµένως το µέγεθός της και αποτελεί κύριο µέγεθος του υδρολογικού σχεδιασµού

Ο αριθµός καµπύλης απορροής (CN) Ο αριθµός καµπύλης απορροής χρησιµοποιείται ευρέως σε παγκόσµια κλίµακα και παίρνει τιµές µεταξύ 25 και 100 Εξαρτάται από τις προηγούµενες συνθήκες υγρασίας, τη διηθητική ικανότητα του εδάφους καθώς και τις χρήσεις γης Οι αδιαπέρατες επιφάνειες (π.χ. αστικές περιοχές) υπολογίζονται ξεχωριστά και δεν συµπεριλαµβάνονται στο µέσο αριθµό καµπύλης απορροής Η ίδια µέθοδος ακολουθείται και στις ΗΠΑ για την εκτίµηση του πληµµυρικού κινδύνου από πυρκαγιές (π.χ. στην πυρκαγιά του Rodeo-Chediski στην Αριζόνα εκτιµήθηκε η αύξηση του CN κατά 30% (πριν CN=67, µετά CN= 68 ~ 92)

ιαδικασία προ-επεξεργασίας ΒΗΜΑ 1: Επιλογή κρίσιµων διατοµών (π.χ. γέφυρες δρόµων, παραποτάµιοι οικισµοί) των υδατορευµάτων και υπολογισµός της παροχετευτικότητας της πλήρους διατοµής µε υδραυλικές µεθόδους ΒΗΜΑ 2: Σχεδίαση λεκανών απορροής για κάθε κρίσιµη διατοµή, υπολογισµός του αριθµού καµπύλης απορροής για τις φυσικές συνθήκες βάσει των χρήσεων γης, των προηγούµενων συνθηκών υγρασίας και την υδρολογική κατάταξη των εδαφών ΒΗΜΑ 3: Υπολογισµός καταιγίδων σχεδιασµού για διαφορετικές περιόδους επαναφοράς της µέσης έντασης της βροχόπτωσης από τις όµβριες καµπύλες της περιοχής χρησιµοποιώντας µια κατάλληλη µέθοδο χρονικής διακριτοποίησης

ιαδικασία προ-επεξεργασίας (συν.) ΒΗΜΑ 4: Υπολογισµός του κρίσιµου αριθµού καµπύλης απορροής, µέσου σταθµισµένου για τη λεκάνη απορροής, για τον οποίο επιτυγχάνεται η παροχετευτικότητα της πλήρους διατοµής για δεδοµένη περίοδο επαναφοράς της µέσης έντασης και διάρκειας της βροχόπτωσης. Απαραίτητη η χρήση υδρολογικού µοντέλου βροχής - απορροής στο οποίο να είναι ενσωµατωµένη η µέθοδος του αριθµού καµπύλης απορροής ΒΗΜΑ 5: Υπολογισµός της καµπύλης πρόγνωσης, που συσχετίζει την περίοδο επαναφοράς της καταιγίδας και του αριθµού καµπύλης απορροής, όπως προκύπτει από το ΒΗΜΑ 4 για διάφορες περιόδους επαναφοράς

Υδρολογική λεκάνη π.ιµβρεσσού, Σάµος

Όµβριες καµπύλες για το βροχογραφικό σταθµό του Αεροδροµίου Σάµου (ΕΜΥ) Μέση ένταση βροχόπτωσης, i (mm/h) φ 1000 100 10 i=33.87*t 0.216 /(d+0.2) 0.718 T=5 έτη Τ= 10 έτη Τ=20 έτη Τ= 50 έτη Τ=100 έτη i [mm/h], T [έτη], d [h] 1 0 1 10 100 ιάρκεια βροχόπτωσης, d(h)

Προ-επεξεργασία µε τη χρήση των µοντέλων HEC-HMS HMS και HEC-RAS

Αριθµός καµπύλης απορροής, CN. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Καµπύλη πρόγνωσης πληµµύρας για τη διατοµή ελέγχου Νο.. 3 NO OVERFLOW ΜΗ ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ OVERFLOW ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ CN = 106.37T -0.1686 R 2 = 0.95 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 Περίοδος επαναφοράς µέσης έντασης βροχόπτωσης, Τ έτη

Λειτουργία Πρόγνωσης Μετεωρολογικά Στοιχεία Το λογισµικό δέχεται σε πραγµατικό χρόνο χρονοσειρά πρόγνωσης ύψους βροχής από µετεωρολογικό µοντέλο. Στη συγκεκριµένη εφαρµογή τα στοιχεία λαµβάνονταν από το µοντέλο SKIRON/Eta του Πανεπιστηµίου Αθηνών. Τα στοιχεία πρόγνωσης δίνονται σε κάναβο 10*10 km και σε χρονικό βήµα 10 λεπτών.

Λειτουργία Πρόγνωσης Το λογισµικό εκτιµά τη χρονοσειρά βροχόπτωσης σε κάθε υπολεκάνη υπολογίζοντας το µέσο όρο των τιµών των κελιών του κανάβου που αντιστοιχούν σε αυτή. Στη συνέχεια το λογισµικό εκτιµά τη δυσµενέστερη καµπύλη ύψους βροχής - διάρκειας για τις επόµενες ώρες της πρόγνωσης σε κάθε υπολεκάνη. Συγκρίνοντας, ο χρήστης, τη καµπύλη αυτή µε τις προϋπάρχουσες όµβριες καµπύλες αποκτά εικόνα για: Τη σοβαρότητα του αναµενόµενου γεγονότος. Τις κρίσιµες διάρκειες.

Λειτουργία Πρόγνωσης (συν.) Για τα κρίσιµα έργα και διατοµές, για τα οποία έχει γίνει η προεπεξεργασία που περιγράψαµε νωρίτερα, είναι δυνατόν να προβλεφθεί εάν το προβλεπόµενο γεγονός ενδέχεται να προξενήσει υπερχειλίσεις.

Χαρακτηριστικά σηµεία λειτουργίας του Flood Module του AutoHazard Pro

Χαρακτηριστικά σηµεία λειτουργίας του Flood Module του AutoHazard Pro

Χαρακτηριστικά σηµεία λειτουργίας του Flood Module του AutoHazard Pro

Χαρακτηριστικά σηµεία λειτουργίας του Flood Module του AutoHazard Pro

Χαρακτηριστικά σηµεία λειτουργίας του Flood Module του AutoHazard Pro

Χαρακτηριστικά σηµεία λειτουργίας του Flood Module του AutoHazard Pro

Συµπεράσµατα Ανάπτυξη µεθοδολογίας για την αξιολόγηση του πληµµυρικού κινδύνου και των συνθηκών διάβρωσης µετά την πυρκαγιά. Η χρήση µεθόδων οικείων στους υδραυλικούς µηχανικούς και µε ευρεία εφαρµογή κρίθηκε καταλληλότερη από πιο σύνθετες προσεγγίσεις. Το στάδιο της προ-επεξεργασίας είναι ιδιαίτερα σηµαντικό και απαιτεί εξειδικευµένη επιστηµονική στελέχωση και χρήση κατάλληλου λογισµικού. Εφόσον ολοκληρωθεί η προ-επεξεργασία, είναι δυνατή η πρόγνωση κινδύνου πληµµυρών σε πραγµατικό χρόνο.

Συµπεράσµατα (συν.) Η αξιοπιστία της πρόγνωσης πληµµυρικού κινδύνου εξαρτάται από αυτή του µετεωρολογικού µοντέλου. Θα πρέπει να λαµβάνονται από το χρήστη υπόψη οι περιορισµοί του µετεωρολογικού µοντέλου ως προς την ακρίβεια της χωρικής κατανοµής των καταιγίδων (π.χ. ισχυρή βροχόπτωση που έχει προβλεφθεί σε µία λεκάνη είναι πιθανό να συµβεί σε γειτονική). Είναι σηµαντικό να γίνει έρευνα πεδίου στην Ελλάδα ώστε να προσδιορισθούν οι παράµετροι δηµιουργίας της πληµµυρικής απορροής σε αποτεφρωµένες εκτάσεις και να µην χρησιµοποιούνται άκριτα τιµές που έχουν υπολογιστεί και ισχύουν για άλλες περιοχές της γης.

AutoHazard Pro Web site: www.autohazard.org